黄超慧，鄢 耀，沈广辉

(河南平顶山天安煤业九矿有限责任公司，河南 平顶山 467000)

0 引言

我国煤炭产量大，每年巷道掘进进尺多达6 000 km以上，深部高应力软岩巷道占据10%以上[1]。且随着开采深度不断加深，巷道支护难度也变得越来越大，特别是高应力软岩巷道、复合顶板条件常常表现出强流变的特性，围岩变形控制难度较大[2-4]。

我国科研工作者对复合顶板条件下的支护技术进行了大量研究，取得丰硕成果。李国峰[5]等人提出深部软岩巷道具有非线性大变形特征，单一的支护方式难以控制。孟庆彬[6]等人研究指出，随着“锚注加固体等效层”参数的提高，巷道围岩位移及塑性区随之降低。黄庆享[7]等人提出了巷道支护要重视两帮和底板的原则，为软岩巷道支护理论与实践提供了借鉴。王国强等[8]在小康煤矿通过采取高强锚(索)喷网配合U型钢可缩支架支护技术，最大限度发挥围岩的承载能力，取得较好的支护效果。李书博[9]以-650斜井一号交岔点为工程背景，提出以内注浆锚杆为核心的“锚注法支护体系”，解决了深部软岩及破碎带内支护难的问题。孙珞[10]结合新阳煤矿深部软岩巷道的工程地质条件及变形破坏机理，提出了一种高强联合支护技术，即锚网索喷+注浆+U型钢支架。尹光志等[11]通过研究白皎煤矿井下高应力软岩巷道3种不同的支护工艺表明，适合高应力软岩巷道的最佳支护方式是预留刚隙柔层支护方法。

随着支护技术的发展，虽然出现了小棚距U型钢支护、锚网索联合支护和锚网索+U型钢联合支护等技术，但对于大断面、大倾角、多向交叉等条件下的支护技术研究相对较少，而井下这类条件的支护问题较多。因此，针对这类复杂地质条件探寻一种更有效的支护方法意义重大。

1 试验巷道概况

以平煤股份九矿公司己16-17-22050机巷外围为试验巷道。己16-17煤层顶板从下往上依次为砂泥岩、砂岩及砂页岩，区域内己16-17煤层上距己15#煤层间距在12～15 m；底板从上往下为砂质泥岩、L1灰岩、泥岩及L2灰岩。根据已采动情况，己16-17煤层赋存不稳定，倾角变化大，地质构造复杂，预计对工作面施工造成一定影响。

己16-17-22050机巷外围布置在己16-17煤层中，设计工程量50 m，属于二水平的准备巷道，用于行人和运输。该巷道北接己16-17-22050机巷底抽巷，并与己16-17-22050机巷底抽巷回风道连通，南接己16-17-22050机巷回风道，西临己16-17-22050机巷回风道，东接己16-17-22050机巷。

2 机巷外围工作面支护设计

2.1 巷道布置及施工方法

己16-17-22050机巷外围一部皮带机头交叉点，属于大断面、四通交叉点。机巷外围二部皮带机头交叉点，属于大断面、大倾角(达到33°)、三通交叉点。该巷道因周边巷道较多，错综复杂，且2个大断面交叉点距离较近，该区域压力比较集中。开口沿己16-17煤层顶板施工，巷道设计为梯形，前期采用炮掘施工，工作面采用刮板运输机配合皮带外运出渣；待工作面符合采用综掘机进行施工时，则采用综掘机配合刮板输送机和皮带外运出渣。

2.2 支护材料及布置方式

支护材料：巷道采用锚网+锚索+W钢带联合支护形式，锚杆采用φ22 mm×2 400 mm高强锚杆(屈服强度500 MPa)，预紧力不小于320 N·m，锚固力150 kN。锚盘为热轧钢板冲压成型的蝶形托盘，承载力不小于锚杆锚固力，规格为φ150 mm×10 mm，锚杆间排距800 mm×800 mm，树脂药卷混合使用2卷/根，其中MSK2850树脂药卷1卷/根，MSZ2850树脂药卷1卷/根；采用φ4-40 mm×40 mm的金属网。锚索采用φ22 mm×7 000 mm长钢绞线，锚索托盘为热轧钢板冲压成型的蝶形托盘，规格为φ300 mm×14 mm，间排距1 600 mm×1 600 mm，每排3根成矩形布置，树脂药卷混合使用3卷/根，其中MSK 2850树脂药卷1卷/根，MSZ 2850树脂药卷2卷/根。W钢带规格为4 600 mm×275 mm×4 mm(长×宽×厚)，护帮板规格为400 mm×300 mm(长×宽)，采用旧U型钢压制而成。该支护属于永久支护。

布置方式：工作面机巷外围设计为梯形巷道，采用锚网索支护，施工锚杆选用高强锚杆φ22 mm×2 400 mm，间排距800 mm×800 mm，锚索采用φ22 mm×7 000 mm钢绞线，间排距1 600 mm×1 600 mm。巷道中心净高3 300 mm，巷道净宽4 600 mm，净断面15.18 m2。己16-17-22050机巷外围巷道支护断面示意如图1所示。

图1 机巷外围巷道支护断面

2.3 锚网索联合支护

巷道采用锚网索联合支护，其中机巷外围一部皮带机头交叉点，属于大断面、四通交叉点。机巷外围二部皮带机头交叉点，属于大断面、大倾角(达到33°)、三通交叉点。该巷道因周边巷道较多，错综复杂，且2个大断面交叉点距离较近，该区域压力比较集中。随着工作面往前推进导致该巷道特别是交叉点处顶板下沉、底鼓严重、两帮位移量较大。生产期间也对己16-17-22050机巷里段两帮补打单体柱和对顶板补打锚索梁加固技术，对底鼓区域进行拉底处理。通过顶板离层仪和表面位移观测数据分析基本无变化，说明里段通过补打单体柱和锚索梁可以使巷道围岩达到稳定。但是对己16-17-22050机巷外围两帮补打单体柱和对顶板补打锚索梁加固技术，以及底鼓区域进行拉底处理，通过顶板离层仪和表面位移观测数据分析，变化仍比较明显，仍需采取进一步加固措施。

3 注浆加固技术

己16-17-22050机巷外围工作面，机巷入口受工作面压力影响，存在20 m的顶板破碎带，煤层酥软节理、层理裂隙发育，一般围岩比较破碎，顶板不完整，矿压大，煤层和岩体十分疏松有分离，极易掉落，给交岔点带来安全威胁。经研究决定，采取固安特加固顶板煤体。

3.1 注浆加固材料特征

注浆加固材料选用固安特CM-11，反应前材料常温下为液态，具有良好的渗透性，可渗透到微小的裂隙中；反应时间短，快速固结，固化物强度高，粘结性能强，良好的柔韧性可以承受地层压力的长期作用；并且该材料具有强抗渗性能、抗磨、抗冲击性能和抗老化性能，达到长久稳固岩体的目的。固安特CM-11技术参数见表1。

在高压注浆过程中，注浆压力为2 MPa，注浆扩散半径1.5～2 m，现场以松散煤体渗出浆液为止。

3.2 注浆加固方式

在机巷外围20 m破碎带采用五花孔，交岔点皮带巷、空巷位置前20 m作为加固段，采用三花眼密实布置在皮带巷两帮加固注浆。

表1 固安特CM-11技术参数

注：所有参数测试温度：23±2℃。

布孔方式：第1排3个孔注浆方式在距顶板中心打1个孔。左右1.3 m的距离各打1个孔，即煤帮距第1个孔0.4 m。第2排2个注浆孔，在第1排左右2孔之间各布1个孔，排距3.5 m，如图2所示。

a-钻孔布置；b-跳孔注浆图2 注浆钻孔布置与跳孔注浆

加大封孔深度：注浆孔垂直巷道打孔，孔深5～6 m。在该段注浆时加大花管注浆的深度，适当安装无孔注射管，其后再注入化学材料固安特，注浆效果较好。

补充注浆：当遇到煤岩层破碎程度较大时，常规方式不能满足控制效果，此时可适时调整，在该区域补打钻孔进行补充注浆。

跳孔注浆：在注第1个孔时，跳过中间孔，钻进第3个孔，第3个孔注浆后，再在中间钻孔注浆，即顺序按1-3-2进行，如图2所示。目的是防止钻孔打好固安特窜浆废孔，还可以根据两边注浆情况，如注浆压力、注浆量等情况及时调整中间钻孔的注浆参数。注浆量根据破碎的裂隙实际情况来决定，且加大使用花管(花管起到锚杆作用，又利用化学材料的扩散)。

3.3 加固结体的网络骨架作用

浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结后，在围岩中形成网络骨架结构。浆液固结体呈薄厚不一的片状或条状，可相互连通形成网络骨架。固安特化学材料和煤体的固结体具有良好的韧性和粘结性形成整体，当外载增加时，固化加固材料发生变形但不破坏，载荷主要由强度较高的煤、岩体承担，这样围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近煤体强度条件转化，其效果如图3所示。当煤、岩体应力超过其强度发生较大变形时，固化加固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用，提高围岩的残余强度，限制围岩破坏的扩展，从而改善维护状况。

图3 均质(煤)岩注浆后柔性网络骨架

4 支护效果分析

己16-17-22050机巷外围及大断面、大倾角和多向交叉点巷道采用锚网索喷+注浆补强加固支护工程实践，并由现场顶底板下沉、表面位移及矿压监测数据分析可知，锚网索喷有效地起到了悬吊作用和注浆改变围岩岩性的双重效果，大大减小了围岩变形量。巷道顶底板收敛量较原支护减小60.6%，两帮位移量减小59.3%，而且锚索等支护体受力良好，逐渐趋于稳定。图4为己16-17-22050机巷外围及交叉点掘进期间测点顶板离层仪变形图，图5为己16-17-22050机巷外围及交叉点掘进期间巷道两帮位移变形图。

图4 掘进期间测点顶板离层仪变形图

图5 掘进期间巷道两帮位移变形图

巷道顶底板移近量和表面位移变形量在原支护段和注浆补强后进行对比分析，可以发现，总体上巷道围岩在变形前的25 d内变形量较大，该期间原支护段巷道顶底板位移量235 mm，平均移近速率为9.4 mm/d；两帮位移量在27 d内移动较大为267 mm，平均移近速率为9.9 mm/d。采用注浆加固后25 d内顶底板移近量平均为79.5 mm，平均移近速率为3.18 mm/d，两帮位移量平均为65 mm，平均移近量为2.6 mm/d。通过采用锚网索喷+注浆补强加固后，巷道整体变形量比原支护段少了一半以上。

在观测的6个月内，巷道变形量最初在25～30 d内变形较为严重，平均移近量为9.9 mm/d，两个月后变形逐渐平稳，平均移近量为3.18 mm/d。

5 结论

(1)通过采用锚网索喷+注浆补强加固后，巷道整体变形量比原支护段少了一半以上。

(2)通过试验数据观测分析巷道注浆加固后，有效地改善了巷道的承载力，使巷道的顶底板和两帮破碎围岩起到了较好的粘结和加固作用，有效地控制了顶板的稳定性。

(3)锚网索喷+注浆加固技术的联合应用有效地延长了巷道维修返修周期，大大降低了巷道返修率，节约了成本，同时为安全、高效生产打下了坚实的基础。